Среда, которая не прощает ошибок
Чтобы понять, почему «Теледроид» — это не просто «еще один проект», нужно вернуться к августу 2019 года. Тогда весь мир следил за историческим полетом робота FEDOR (Skybot F-850) — первой антропоморфной машины, отправленной в космос на корабле «Союз МС-14».
Этот полет стал прорывным сразу по двум параметрам: впервые пилотируемый по конструкции «Союз» совершил полностью автоматическую стыковку с МКС, а на ее борту почти две недели проработал антропоморфный робот под управлением космонавтов.
Для НПО «Андроидная техника» полет FEDOR стал моментом истины. Команда получила бесценный опыт: подготовку сложной робототехнической системы к космическому полету, интеграцию с кораблем и станцией, а главное — практическую проверку идеи копирующего управления в условиях реальной миссии. Но FEDOR работал внутри герметичного объема станции. Он был экспериментом, проверкой идеи, сбором данных.
Сегодня, семь лет спустя, та же самая команда выходит на качественно новый уровень. «Теледроид» — это уже не эксперимент внутри станции, а инструмент для работы непосредственно в открытом космосе.
Именно поэтому мы решили посвятить этому проекту отдельный материал: он знаменует собой переход от «умеем летать» к «умеем работать на обшивке». А еще это повод поговорить о том, как за эти семь лет изменилось само взаимодействие человека и машины и почему это важно не только для космонавтики, но и для всей инженерной культуры страны.
«Теледроид»: смена парадигмы
Если сравнивать «Теледроида» с предыдущим проектом, который в 2019 году совершил свой исторический полет, то Алексей Богданов говорит не столько о модернизации, сколько о переходе к следующему этапу развития космической робототехники.
Полет FEDOR дал команде бесценный опыт подготовки сложной антропоморфной системы к космическому полету, ее интеграции с кораблем и МКС, а главное — практический опыт эксплуатации в условиях реальной миссии. Но FEDOR работал внутри герметичного объема. «Теледроид» создан для совершенно другой задачи — работы непосредственно в открытом космосе.
Наиболее важная эволюция произошла в самой концепции взаимодействия человека и машины. В «Теледроиде» идея копирующего управления антропоморфным роботом развивается значительно дальше. Космонавт находится внутри станции, видит рабочую зону через систему технического зрения и управляет руками робота посредством задающего устройства копирующего типа.
Фактически движения человека переносятся на робототехническую систему, работающую снаружи МКС. Возникает своеобразный эффект присутствия: оператор находится в защищенном объеме, а его «руки» и «глаза» — в вакууме, на внешней обшивке станции.
Но даже простого копирования движений для космической робототехники недостаточно. Между человеком и исполнительным механизмом обязательно должен существовать программный уровень, который контролирует действия робота. Система учитывает ограничения по положениям и скоростям приводов, исключает потенциально опасные движения и не позволяет оператору случайным действием создать угрозу самому роботу или элементам станции.
Алексей Богданов
В НПО «Андроидная техника» рассматривают несколько уровней взаимодействия человека и машины. Первый — непосредственное копирующее управление. Второй — автоматизированное выполнение отдельных заранее определенных операций. И третий, наиболее перспективный, — супервизорное управление, когда космонавт формулирует задачу (например, «возьми этот инструмент и передай его мне»), а робот, используя систему технического зрения и собственные алгоритмы, самостоятельно определяет последовательность необходимых действий. Человек при этом сохраняет контроль и возможность вмешаться в любой момент.
«Мы не ставим перед собой задачу убрать человека из контура управления. Наоборот, мы стараемся правильно распределить функции: человек лучше машины понимает нестандартную ситуацию, принимает решения и оценивает риски, а робот берет на себя физическую работу в среде, где пребывание человека сложно, дорого и потенциально опасно», — подчеркивает главный конструктор.
По его словам, именно здесь проходит наиболее важная граница между поколениями. Сначала человек непосредственно управлял машиной. Теперь команда переходит к модели, в которой человек и робот распределяют работу между собой.
«"Теледроид" — это не просто следующий робот, способный выйти в открытое космическое пространство. Это переход от эксперимента с антропоморфной робототехникой в космосе к созданию практического инструмента внекорабельной деятельности», — резюмирует Алексей Богданов.
По его словам, у специализированных технологических компаний есть возможность достаточно быстро создавать прототипы, экспериментировать с архитектурой и проверять новые подходы. А у большой космической отрасли — десятилетия накопленного опыта реальных полетов. Если правильно соединить скорость инноваций и культуру космической надежности, появляется возможность быстрее переводить перспективные разработки из экспериментальных образцов в реально работающие системы. «Теледроид» — как раз пример проекта, существующего на пересечении этих двух миров.
За машиной стоят люди
Но за любой сложной техникой всегда стоят люди, и это, пожалуй, самый важный ресурс любой космической программы. «Теледроид» объединяет в себе сразу несколько дисциплин: механику, электронику, программирование, компьютерное зрение, системы управления, материаловедение. А это значит, что для создания таких машин нужны не просто узкие специалисты, а инженеры широкого профиля, способные говорить на языке смежных областей.
И здесь возникает вопрос, который сегодня волнует всю отрасль: где брать таких людей? Как сделать так, чтобы школьник или студент, увлекшийся робототехникой, видел не просто абстрактную «профессию будущего», а понятный путь — от первого студенческого проекта до реальной работы над космической техникой?
Ответ, по мнению Алексея Богданова, лежит в плоскости вовлечения. Молодого инженера нельзя заинтересовать только лекциями или рассказами о сделанных проектах. Ему нужно дать возможность самому прикоснуться к настоящей задаче — пусть небольшой, но реальной. И именно здесь на сцену выходит идея, которая в последние годы активно развивается во всем мире под названием citizen science — «гражданская наука».
«Гражданская наука»: превратить наблюдателя в участника
Одна из самых острых тем в высокотехнологичной отрасли — поиск и подготовка новых кадров. Алексей Богданов убежден, что молодежь нужно вовлекать не через сухие лекции, а через решение реальных, пусть и декомпозированных, инженерных задач.
Именно здесь отлично работает мировой тренд на citizen science («гражданскую науку»). Эксперт относится к этой идее положительно: сегодня, когда робототехника все сильнее объединяется с искусственным интеллектом, появляется целый класс задач, к которым действительно можно привлекать студентов, молодых разработчиков и технических энтузиастов.
Критические системы управления космической техникой, конечно, должны оставаться закрытыми. Но вокруг миссии существует множество исследовательских задач. Например, для обучения нейросетей компьютерного зрения робота требуются огромные массивы размеченных данных. Студенты и энтузиасты могли бы участвовать в распознавании инструментов, поручней, кабелей и разъемов на снимках, а также соревноваться в создании алгоритмов навигации и планирования действий.
Можно пойти дальше и создавать цифровые модели элементов космической станции, проводя соревнования полностью в виртуальной среде: найти объект, подвести к нему манипулятор, выбрать безопасную траекторию, распознать нештатное состояние. Лучшие алгоритмы затем могли бы проверяться на наземных робототехнических стендах.
«Одна из самых сильных сторон гражданской науки в том, что она превращает человека из наблюдателя большой научно-технической программы в ее участника», — подчеркивает главный конструктор.
Формат открытых хакатонов и инженерных соревнований позволяет находить таланты вне зависимости от того, в каком вузе и городе учится молодой человек. А дальше возникает понятная траектория: образовательная задача, хакатон или студенческий проект — стажировка — участие в реальной разработке — и, возможно, через несколько лет работа над следующим поколением космических роботов.
Взгляд в будущее: Луна и напутствие инженерам
Миссия «Теледроида» на МКС — это не финальная точка, а масштабный сбор данных. Полученный опыт эксплуатации в реальном космосе ляжет в основу требований к следующим поколениям космических робототехнических систем.
Первое очевидное направление — перспективные орбитальные станции, где робототехника должна изначально становиться частью инфраструктуры, а не добавляться впоследствии как отдельный эксперимент. Следующий, более трудный шаг — Луна. Здесь роль робота меняется: он должен обладать значительно большей самостоятельностью, перемещаться по сложной поверхности, работать с инструментом и проводить осмотр объектов.
Перспективна идея предварительной роботизированной подготовки будущей инфраструктуры. Прежде чем человек прибудет на объект, робот может провести разведку территории, обследовать оборудование, доставить необходимые элементы и подготовить рабочую зону. После ухода экипажа роботизированные системы могут продолжать обслуживание инфраструктуры. Следующий большой этап освоения космоса будет происходить не по модели «человек или робот» — человек и робот будут осваивать космос вместе.
Говоря о будущем, Алексей Богданов обращается к молодым читателям журнала с простым, но важным советом: не ждать момента, когда вы почувствуете себя «полностью готовыми» к большим свершениям. Любой сложный проект начинается с задач, ответа на которые в начале работы никто до конца не знает. В этом и заключается профессия инженера: увидеть проблему, разобраться в ней, предложить решение, проверить его, ошибиться, исправить ошибку и попробовать снова.
Не бойтесь отрицательных результатов в экспериментах, начинайте собирать своих первых роботов и писать код уже сегодня. Ведь, как отмечает главный конструктор, самая долгосрочная инвестиция в технологическое развитие страны — это даже не конкретная машина. Это люди, которые после нее захотят построить следующее поколение роботов. А космос на самом деле гораздо ближе, чем кажется.
